J4563型双动拉伸压力机的设计.docx
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J4563型双动拉伸压力机的设计
第一章前言……………………………………………..3
第二章压力机整体控制方案的设计…………………...4
一压力机控制系统结构……………………………5
第三章控制系统的硬件设计……………………………6
一变频器的应用…………………………………….6
二可编程控制器PLC的应用………………………11
三凸轮控制器的应用………………………………..20
毕业实习调研报告
对于我来讲,毕业实习就是用理论指导实践,完善工作,就是对
平时实践的理论总结.
三年的学习,使理论与实际经验形成了一个完整的统一体,更加
开阔了专业视野,拓宽了专业知识面,丰富了工作实践知识.在本次
实习过程中,针对我的课题进行了大量的资料调查,初步确定了设计
该专用压力机的基本参数;压力机实际具有一套很专业的规范,
对一些基本参数非常敏感,所以,为了使基本参数更具有科学性,我
翻阅了大量的专业设计资料和国家部下发的一些机诫压力机专用
标准,最终确定该压力机的基本参数.
经过一个多世纪的发展,随着电气拖动和电气控制系统的不断
更新,机床设备结构不断改进,性能不断提高,拖动电气在速度调节
方面具有无可比拟的优越性和发展前途,采用直流无级调速电动机
驱动机床,使原来结构复杂的变速箱变的十分简单,大大简化了机床
结构,提高了传动效率和刚度,近年来研究成功的用于数控机床,铣床
加工中心机床上的电机-主轴部分,是将交流电动机转子直接安装在
主轴上,使其具有更宽广的无级调速范围,且振动和噪音均较小,完全
代替了主轴变速齿轮箱,必须对机床传动和构造产生深远的影响,而在电气动控制方面,现代化机床更是综合应用了许多先进科学技术成果,诸如,计算机技术,电子技术,自动控制理论,精密测量技术等.特
别是当今信息时代,微型计算机已广泛用于各行各业,而机床就是最
早应用电子计算机的设备之一.早在20世纪40年代末期,电子计算
机与机床结合产生了新型机床___数控机床.目前各类质优价廉,性能
可靠的微机在机床行业中的应用日益广泛,我国各类工厂企业也在大
力使用和推广由微机控制的数控机床与树显装置.最新科学技术的应
用,使得机床电气设备不断实现现代化,不断提高机床自动化程度和机
床加工效率,扩大了工艺范围,缩短了新产品试制周期,加速产品更新换代.同时现代化机床加工效率,扩大了工艺范围,缩短了新产品试用周期加速产品更新换代.同时,现代化机床还提高产品质量,减少工人劳动强度和降低产品成本等.
我本次毕业设计的课题是J45-6.3专机,课题源自实践中发现的问题,运用自己所学的知识,参考相关的冲床标准设计而成.本次设计不仅解决了实际生产中的问题,也是自己运用理论指导实践的能力得到了提高.设计过程中我收集并翻阅了与冲床相关的一些质料,图纸,了解了不少自动化控制的工作原理,比较了各种为冲床控制的方法的优缺点,并充分考虑了公司生产实际,运用了所学的欧姆龙PLC编程功能设计完成.
在确定设计方案和完成总体设计后,接下来我运用平时上课所学到的知识来一步步地完成冲床的设计,通过公式计算出机床电路所需要的电路的容量,从而选择所需的电气元件,制造保护措施.同时运用先进的编程软件画出梯形图,再结合实际情况优化程序,并根据不同用户的工业现场,并考虑冲床配备的控制设备,工艺规程等情况,使其生产线更便于生产,连线,在此基础上再追求冲床的美观性,经济性.在实习的过程中秉有独立思考勇于实践的原则,成功地运用了大量的理论知识解决了很多实际的工程问题.
本次实习使我亲身感受到了所学知识与实际的应用,理论和实际的相结合,更深刻的了解机诫制造企业的生产组织’技术管理’产品质量管理等,对今后的学习与学习有极大的帮助.
设计摘要
毕业设计快要结束了,虽然时间很短,可是我也学到了不少的东西.作为一名快要毕业并走上工作岗位的工人,这种设计的经历为我们的工作打下了良好的技术基础,为专业知识的利用提供了难的的机会.在设计过程中也遇到了一些困难和不懂的地方,可是经过老师的悉心指点和自己认真的查阅相关质料都得到了解决.着使我明白困难与挫折并不可怕,只要你去认真的对待它,想尽办法去克服它,相信最终都是可以克服的
我这次毕业实习的课题是J45-6.3专机,此课题源自实践中发现的问题,运用自己所学的知识,参考相关的机诫电气设计而成.本次设计不仅解决了实际生产中的问题,也是自己运用理论指导实践的能力得到了提高.
本文详细介绍了变频调速与PLC控制技术在压力机床中的应用,在本设计中将压力机的电气控制环节分为两部分来实现,一部分是对该变频器的操作和控制,主要通过在变频器调速器进行操作.在该环节的设计中详细阐述了PLC与变频器之间的控制过程.另一部分是利用PLC实现对其他电气元件的控制,最终实现对压力机床的控制功能和保护功能.第三部分为凸轮控制器部分为压力机运转提供所需的角度.根据设计要求,使用功能强劲的日本MITSUBISHI[三菱]公司的FR-A540系列变频器.日本欧姆龙公司生产的可编程控制器为CAM1A-40CDT-A-V1型,这种PLC小型整体式PLC,输出模块为晶体管输出型模块.24点输入和16点输出单元.交流电源可接85V至240V之间的电压.J45机床使用的凸轮控制器为LSK-06JCP,这种凸轮控制器的感应开关为光电式接近开关,并在凸轮控制器轴上装有角度指示盘.产生与压力机同步的凸轮控制角度.其与PLC之间通过外部线路的连接.从而整加了控制信号的快速性
关键词,压J45压力机的变频驱动与PLC控制
摘要
本文详细介绍了变频器与PLC控制技术在压力机机床上的应用,在本设计中将压力机的电气控制环节分为两部分来实现,一部分是对变频器的操作和控制,主要通过在变频器调速器进行操作.在该环节的设计中详细阐述了PLC与变频器之间的控制过程.另一部分是利用PLC实现对其他电气部分的控制,最终实现对压力机床的控制功能和保护功能.第三部分为凸轮控制器部分为压力机运转提供所需的角度
关键词压力机,变频驱动,PLC,凸轮控制器力机变频驱动,PLC,凸轮控
第一章前言
在变频调速技术飞速发展的同时,可编程控制器PLC的技术也在快速的发展着.PLC凭借它可靠性高.抗干挠能力强等诸多优点在现代化的工业自动化控制中有着重要而广泛的应用.因而,应用变频调速及PLC控制技术相结合的控制方法能够融合两种技术的优点,在现代工业中得到了广泛应用和深入的研究.
传统的调速与控制电路复杂,体积庞大,给设备维护带来极大的不便,且效率较低.而采用先进电力电子技术和计算机技术的变频调速及PLC控制系统,可以克服以上的局限性,具有以下显著的优点:
1]变频器系统属于转差功率不变型调速系统.无论低速换是高速,其转差功率不变,效率最高.
2]采用无触电电力电子元件,节省了大量继电器和接触器,简化了外部接线,缩小了控制设备的体积.
3]变频器及PLC内部控制的核心是CPU单元,具有较强的运算和控制能力,能够实现参数化调速控制,设置合理的电机运行参数,保证起重机各机构有较大的调速范围和较高的调速精度.
4]变频器内部具有故障自诊断功能,能实现系统的过电压,过电流和过栽保护等功能,液晶显示界面可显示出故障信息.该系统性能可靠,故障率极低.
变频调速及PLC控制技术常应用于实际中,如机床自动化控制系统,由于系统控制过程较复杂,要求控制系统恒速可调可控,节能可靠,因此采用PLC与变频调速控制系统是最佳选择.这可以大幅度节约电能,提高系统的自动化程度,并使系统运行可靠稳定,结构简单,维修.维护.调整方便,经济实用易配置,取代了传统的继电器控制系统.在机诫行业中,变频调速及PLC控制技术已经得到了比较广泛的应用
各种机床中的主要电动机大都使用PLC控制下的变频调速技术,使加工精度和加工效率都有了很大的提升.另外,变频调速及PLC的应用不仅节省了大量的继电器接触器等电器元件,而且在电能的节约方面有着很大的贡献.
第二章压力机整体控制方案的设计
本压力机主要用于小型机诫零件的冲压,定形.生产线经送料装置送材料进入压力机冲压成型,经过输料线输出并集料.本压力机采用可编程控制器PLC控制;利用一台变频器变频驱动一台异步感应电动机.通过对一台电动机速度的调节来控制冲压速度的大小.并通过凸轮控制器发出压力机运转所需的角度.压力机的功能及结构描述如下:
J45系列压力机是普通型压力机,其结构简单,操作方便,性能可靠
J45-25AJ45-40AJ45-63型采用刚性转键式离合器,使用维修方便.其中.型号中带A的均为安全型压力机,均装有紧急制动装置,可以使滑快急停在0-13后范围内,并可配置光电侯器,J45-100BJ45-125采用铸铁机床,曲轴横置,偏心套结构,工作平稳,冲击小,可以使滑块停在任何位置,J131系列闭式单点压力机机身直线型设计,均衡受力不变形,刚性强,超高的封闭高度,装摸空间大,滑块矩形六面导向,精度高,稳定性好,具有最高机床稳定性.安全性,内置式油路,电路,美观整洁,更具安全性,可靠性,双手操作,按钮开关,符合压力机守则,安全标准.
压力机的检测
检验刚性离合器与制动器的零部件安装位置的正确性,紧闭性.检验刚性离合器,制动器动作的灵活性,可靠性,在规定的运转时间内,单次行程规范,不允许出现连冲,检验滑块的制动形式.
检验刚性离合器,制动器与其操作机构配合动作的真确性,工作状态的稳定,可靠性,检验转键不得卡死,滑销不得卡死,滑销不得折断和弹簧应处于正常工作状态,负荷试验后应该扯查刚性离合器零件
检测制动后不大于规定数转,对常监控装置的应检查其可靠性
在规定的运转时间内,检验双手超作及其它安全保护和控制装置与刚性离合器,制动器工作的协调准确与可靠性.
摩擦摩擦离合器与制动器的安全检验.
检验摩擦离合器与制动器的联锁控制的灵敏可靠,相互协调情况
检验控制气路的双联安全联锁阀的联锁功能的可靠性,模拟试验不少于三次.
检验单人双手操作或协同超作时,同时检验安全保护控制装置与摩擦离合器.制动器工作的协调,准确与可靠性,在规定运转时间内不得出现异步现象
检验压缩空气回路的气压控制装置[包括安全阀,止回阀,仪表继电器等]的可靠性.
检验飞轮制动器的安装情况与工作的灵活性,可靠性,飞轮制动器的制动时间应符合设计要求
检验传动外部分的防护装置的安全与可靠性,检验回转方向与指示箭头的一致性,
滑块平衡装置的安全检验
检验结构的安全防护情况
检验滑块弹簧平衡位置,在发生事故状态下,在行程任何位置可以平衡住滑块.
1]主机传动:
机床的传动系统由一级三角皮带传动组成,结构简单,噪音小.采用变频器调速,它通过改变电压和频率来调整电机的输出转速达到调节速度的目的.电动机的输出带动飞轮的旋转,飞轮后部装有离合器,制动器.离合器结合后飞轮带动双拐曲轴旋转,曲轴带动两连杆使滑块在机身导轨内作往复运动.在曲轴输出端通过传动轴带动轴凸轮控制器旋转,凸轮控制器是整个机床的发讯部分.该部分电动机同样采用变频器调速控制技术,通过设定不同的频率来控制电动机的转速,从而精确地控制了机床的冲压速度与频率,大大地提高了机床加工精度和水平.
2]控制台:
整个生产线的大部分控制超作都在一个可移动的控制台上进行.在控制台的操作面板上分布有不同功能的控制开关’按钮.指示灯以.通过它们操作者可以很容易的实现对生产线的操作和工作状态的监视.它是整个生产线的控制中心.
一.压力机控制系统机构
根据系统的设计要求,PLC作为上位机,实现对各输出量和一台变频器的控制,从而实现对一台异步感应电动机的变频调速控制.最终达到控制整个压力机床在设定的状态下工作.一台电动机的速度控制都采用开环的控制方式.
第三章控制系统的硬件设计
一.变频器的应用
变频器基础改变电压改变频率
恒电压恒频率的缩写.各国使用的交流供电电源无论是用于工厂还是家庭,其电压和频率均为200V/60HZ[50HZ]或100V/60HZ[50HZ],等等,通常,把电压和频率固定不变的交流电变换电压或频率可变的交流电的装置称为;变频器’为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电[DC],把直流电[DC]变换为交流电[AC]的装置,其科学术语为[逆变器].由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫[逆变器],故该产品本身就被叫作INVERTRE,即;变频器
R/MIN电机旋转速度单元;每分种旋转次数,也可表示RPM,例如,4极电机的旋转60HZ,1.800[Y/MIN],4极电机50HZ,1.500[R/MIN],电动机旋转速度同频率成比例.
本文中所指电机为感应式交流电机,在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机,感应式交流（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的级数和频率.由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的,由于该级数值不是连续的数值（为2的倍数,例如级数为（246）,所以不适和改变该值来调整电机的速度,另外,频率是电机供电电源的电信号,所以该值能够在电机外边调节后面供给电机,这样电机的旋转速度就可以被自由的控制.因此,以控制频率为目的的变频器,是做电机调速设备的优选设备N为60F/P,N同步速度,F电源频率,P;电机级数,改变频率和电压是最优的电机控制方式,如果仅改变频率,电机将被烧掉,特别是当频率降低时,该问题就非常突出.为了防止电机烧毁事故的发生,变频器在改变频率的同时,必须同时改变电压,例如;为了使电机的旋转速度减半.变频器的输出频率必须从60HZ改变到30HZ,这时变频器的输出电压就必须从200V改变到100V.
变频调速具有较大的优越性,整个调速系统体积小.质量轻.控制精度高.保护功能完善.工作安全可靠.操作过程简便.通用性强,使传动控制系统具有和优良的性能,从而节能效果可观.
自从20世纪80年代以来,交流电动机变频调速技术在工业化国家已开始了规模化应用.目前,国外许多优秀的变频调速系统和成套设备已大举进入了中国市场,如欧州的ABB,德国的西门子,丹麦的丹佛思,日本的安川.三棱.松下.富士.春日.法国的施耐德,韩国的三星.LG九德松益,美国的艾默生,英国的欧陆登变频器系列.国内目前也生产了几种变频调速设备,如佳灵公司变频器,深圳华为公司的ENYDRINE变频器等.
本机床采用日本的三棱FR-A系列变频器,日本三棱变频器进入国内市场比较早,性能优越.已经得到了市场的认可.它的性能如下:
1]发挥普通电机的最佳功能（无传感器矢量控制）.可以驱动不带编码器的普通电机实现高精度控制和高响应速度.
A:
在超低速0.3HZ时,可以实现百分之二百的转距输出.
B:
可以实现转距控制
C:
响应水平比较高
2]驱动带编码器的电机实现高精度控制[矢量控制]
3]先进的V/F控制的磁通矢量控制.
本机床采用无矢量V/F控制方式,就是由于本机床为冲床设备.冲床动作就是机床滑块从上死点位置运行至下死点位置,再返回上死点位置.滑块的能量是机床飞轮提供,运行至下死点位置时,能量损失很大,这对使用的变频器抗过栽能力要求比较高.本机床主要用变频器进行调速控制,采用开环控制方式.没有将实际转速的测量值转换成为电信号回馈给变频器的控制输入部分,则转速的控制没有构成一个完整的回路,即为开环控制.对于不太要求快速响应的传动系统,常用开环控制.如风机’镑类采用非常灵敏的快速调速,意义并不大,这类系统一般都采用开环控制.
开环控制中输入信号单纯地由频率给定指令构成,频率给定便是转速给定.频率给定指令决定电压与频率的协调控制[U/F控制]规律,变频器按这样U/F控制]规律工作,用频率F电压去驱动电动机,在负载转矩平衡情况下,形成稳定转速.
4]先进的网络功能
日本的三棱FR-A系列变频器支持CC-LINK通讯和SSCNETIII通讯.还有独立的RS-485通讯口,可以方便的连接多台变频器进行通讯.
5]停电减速功能/瞬时停电再启动功能.
我们国内电网还处于落后状态,电网还不稳定,易出现电压波动大,瞬时停电的现象.三棱FR-A系列变频器即使在运行时出现/瞬时停电,电机也不会滑行,踞续运行.根据负载的不同,变频器在停电后可以尽量控制电机减速停止时间.
6]再生制动回避功能
在运行时如果出现轻微的再生制动,则自动增加输出频率,防止出现过电压报警.
根据设计要求,使用功能很强劲的日本MITSUBISHI[三棱]公司的FR-A540系列变频器.变频器的容量要根据一台电动机的容量参数来选择,一台电动机的容量为:
主电动机3W主电动机的负载都是恒扭距负载,主电动机属于长期变化负载,电动机有可能在;短时间’内过载,故变频器的容量适应加大.通常,应满足最大电流原则,即
IN>IMAX
式中IN---------变频器的额定电流;
IMAX----电动机在运行过程中的最大电流.
综上所述,并结合三棱FR-A540系列变频器的具体规格,根据其容量确定一台变频器的具体规格,根据其容量确定一台变频器的型号及规格对应为:
FR-540-3的变频器中设定即可.
注意容量设定值要符合上述要求
在选定对应的变频器并了解变频器相关功能后,即可确定主回路的接线方案.在进行主回路接线之前必须注意以下几点:
1]电源一定不能接到变频器的输出端上[UVW],负责将损坏变频器.
2]布线距离最长为500米.尤其长距离布线,由于布线寄生电容所产生的冲击电流会引起过电流保护可能误动作,输出彻连接的设备可能运行异常或发生故障.因此,最大布线距离长度必须按表一所示[当变频器连接两台以上的电动机时,总布线距离必须在要求的范围之内,但在本系统中由于每台变频器只驱动一台电机,所以不会出现这种情况].
3]在P和PR端子间连接制定电阻元件时,端子间原来的短路片必须才下.
本机床在方便用户操作，采用调速器用来控制变频器的频率输出。
根据国内厂家的使用情况发现，厂家的机床操作人员的文化素质普遍不高，变频控制必须做的简明，方便操作人员的操作。
故采用调速器，只需要通过旋转调速
二可编程控制器PLC的应用
1、PLC的发展历程
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。
传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。
个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。
PLC的定义有许多种。
国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
二、PLC的构成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
三、CPU的构成
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
运此处省略 NN
NNNNN
NNN
NN
字
直到滑块超过150O后松开双手，滑块运转一个行程停止在上死点位置，上死点灯HL4亮，才能再进行单次行程。
如滑快运行在0-150O之间松开双手，滑块立即停止，并不能再次开动，必须用寸动的方式将滑块调整到上死点，才能再次进行单次行程。
1．连续
滑块停在上死点且上死点灯HL4亮时，将万能转换开关SA3转向连续位置，首先按；连续予置，按钮SB6，指示灯HL5亮，双手松开，滑快会立即停止，并不能再次启动，必须用寸动的方式将滑快调整到上死点，才能再次进行正常操作。
若按行程停止按钮SB7，滑块停在上死点且HL4灯亮；按紧急停止按钮SB3，滑块立即停止。
如果滑块不停在上死点，利用寸动的方式将滑块调整到上死点，才能再次进行正常操作。
一般只有在紧急情况下才能按此；紧急停止；按钮SB3。
本机床使用的欧姆龙PLC提供一种简易编程器，方便机床调试人员在用户工业现场进行程序的修改。
编程器与可编程控制器连接可以通过电缆进行，也可以直接插在可编程控制器面板上方。
编程器面板大体可分成编程器液晶显示屏，工作方式选择开关，编程器键盘三个区域。
显示屏为2*16字符，可逐条显示命令语言或监视通道状态，但不能显示梯形图。
工作方式选择开关是一个三位置开关，可供可编程控制器选择三种工作方式RUN运行MONITOR监控PROGRAM编程。
[1]RUN[运行]运行方式。
这种工作方式可以启动监视用户程序并运行，若发现程序有错误或可编程序控制器工作不正常，能够自动停止运行中程序。
[2]MONITOR[监控]方式。
这种工作方式是将用户程序投入运行，并直接监试操作的执行情况。
[3]PROGRAM[编程]方式。
这种工作方式仅在编程期间使用，可编程控制器不执行用户程序。
用户可以使用键盘输入用户程序，并可使用相对的键对程序进行修改或编辑。
也可以将RAM中的程序调出来检查。
也就是说，在编程PROGRAM方式下，用户可以读，写用户程序；效验或清除程序；检索指令或继电器编号；插入或栓除
指令；I/O状态以及各通道数据检测；强制I/O状态置位或复位；改变通道数据；读取系统的故障代码等。
注意；在使用完编程器后，必须将工作方式选择开关打到RUN[运行]运行方式再将接口断开。
否则PLC无法工作运行。
三.凸轮控制器的应用
凸轮控制器是机床用来发出角度PLC,显示机床滑块所处于的位置.凸轮控制器
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